Коррозионная стойкость циркония и его сплавов в концентрированной соляной кислоте при повышенных температурах

Голден с сотрудниками описал результаты опытов с цирконием, его сплавами и танталом, подвергавшимися коррозионному воздействию концентрированной соляной кислоты в герметичных стеклянных трубках при повышенных температурах и давлениях.
Результаты опытов с различными образцами циркония приведены в табл. 90.

Применявшийся в опытах цирконий поставлялся Горным бюро СШA и был выплавлен, вероятно, из губки, полученной магниетермическим процессом (процессом Кролля). Голден описывает три вида циркония, применявшегося в опытах: 1) цирконий обычной чистоты, полученный индукционной плавкой в графитовом тигле; 2) цирконий высокой чистоты, выплавленный тем же способом, что и предыдущий; 3) цирконий высокой чистоты, выплавленный в дуговой печи в медном охлаждаемом водой тигле с электродом, снабженным танталовым наконечником.
Для опытов были также представлены два циркониевых сплава высокой чистоты, один из которых содержал 1,08% Ta, другой — 3,07% Nb. Эти сплавы изготовлялись путем сплавления чистых металлов в графитовых тиглях с индукционным нагревом.
Термины цирконий «обычной» и «высокой» чистоты, как указывалось выше, относятся к содержанию гафния. Цирконий обычной чистоты содержал 2—2,5% Hf, а металл высокой чистоты — менее 0,1% Hf.
Кроме того, исследовалась серия из 103 двойных сплавов. Последние получались путем дуговой плавки спрессованных брикетов порошковых металлов в охлаждаемом водой тигле (с танталовым электродом) в атмосфере гелия.
Результаты исследования можно суммировать следующим образом.
Были изучены скорости коррозии циркония обычной чистоты, полученного индукционной плавкой в графитовом тигле, в соляной кислоте различной концентрации при атмосферном давлении и отсутствии перемешивания и аэрации. В одной партии металла после выдержки в течение 6 суток в концентрированной 37%-ной соляной кислоте наблюдалось появление хрупкости. Во второй партии, испытывавшейся в течение 30 суток, этого явления не наблюдалось. Это можно объяснить разницей в чистоте отдельных партий металла. Образцы металла высокой чистоты, полученные дуговой плавкой, в этих условиях показали почти абсолютную устойчивость против коррозии. Цирконий высокой чистоты, полученный индукционной плавкой в графитовом тигле, лишь равномерно протравливался, но не обнаруживал признаков появления хрупкости.
Цирконий дуговой плавки и технический тантал обладают почти абсолютным сопротивлением коррозии в концентрированной соляной кислоте под давлением и при повышенной температуре и не показывают признаков появления хрупкости. Сплав циркония с ниобием (индукционная плавка) обнаружил только неглубокую, поверхностную хрупкость в кислоте при температуре 100°. Цирконий обычной чистоты индукционной плавки (графитовый тигель) полностью становился хрупким и распадался при температуре 60°.
Из 103 двойных циркониевых сплавов, полученных дуговой плавкой, 46 сплавов, содержащих тантал, молибден, серебро, марганец, алюминий и хром, оказались устойчивыми (т.е. имели скорость коррозии менее 0,1 мм/год) в концентрированной соляной кислоте при температуре 60° под давлением. После испытания при температуре 100°, 22 из 46 сплавов, содержащих тантал, молибден, марганец и алюминий, оставались устойчивыми и совершенно не обнаруживали признаков появления хрупкости или обнаруживали лишь в незначительной степени. В общем же увеличение количества легирующих добавок вызывает уменьшение коррозионной стойкости сплавов.
Результаты опытов с циркониевыми сплавами при повышенных температурах и давлениях приведены в табл. 91 и 92.
Образцы циркония, полученного как дуговой плавкой, так и плавкой в графитовом тигле, испытывались также на стойкость против коррозии в концентрированной соляной кислоте при комнатной температуре. Опыты, продолжавшиеся 30 суток, показали, что скорость коррозии металла дуговой плавки составляла меньше 0,000254 мм/год, в то время как металл, выплавленный в графитовом тигле, корродировал со скоростью от 0,00965 до 0,0124 мм/год, причем коррозии преимущественно подвергались нерастворимые частицы карбида.